Por qué todos los biólogos evolutivos deberían emocionarse por el estudio de Cannabis. Por Daniela Vergara

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Figura 1. Plantas de Cannabis en las instalaciones de Centennial Seeds

Cannabis es definitivamente una planta muy chévere. Tiene nombres chistosos como “pasto”, “porro”, “cosa” o “mecha” y ha estado de moda entre los humanos desde hace cientos de años. Pese a esta larga historia y al hecho de que Cannabis es la droga recreacional más usada en el mundo (1), la genómica y la biología general de estas plantas no han sido estudiadas por completo. En la Iniciativa para la Investigación de Cannabis (CGRI por sus siglas en inglés) queremos estudiar este género de plantas por varias razones) como (i) su importancia en medicina, (ii) su uso en la producción de fibra, aceite, textiles y alimentos;  (iii) su larga historia coevolutiva con los humanos como planta de cosecha y (iv) en general porque es un sistema de estudio de gran interés en biología evolutiva.

Por qué los biólogos deberían emocionarse por el estudio de Cannabis?

  1. Las plantas de Cannabis tienen una gran variedad fenotípica (física), especialmente en la producción de metabolitos secundarios.

Las plantas de Cannabis aparentemente difieren en varios aspectos fenotípicos. Por ejemplo, hay gran diversidad en la producción de metabolitos secundarios como los terpenos –que le dan el olor particular a las plantas- y los canabinoides –que proporcionan atributos psicodélicos y medicinales y de los cuales se conocen alrededor de 85 (2). En Cannabis la producción de estos metabolitos secundarios se encuentra principalmente en las flores de la planta hembra. En general, las plantas producen metabolitos secundarios como defensa contra la herbivoría, patógenos y estrés abiótico. En muchas de las plantas domesticadas por el hombre la selección se ha hecho en contra de estos metabolitos secundarios (3, 4); en Cannabis a tendencia ha sido opuesta y se ha buscado el incremento de ellos. La producción de metabolitos varía entre cepas, tanto de cannabinoides (5, 6)como de terpenos (7, 8).

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Figura 2. Estructura química de algunos cannabinoides producidos por plantas de Cannabis. Algunos de los cannabinoides de esta figura muestran su forma decarboxilada que ocurre después de ser sometidos a calor. Figura tomada de Hillig and Mahlberg 2004.

Hay otras características fenotípicas que al parecer varían entre especies y cepas, como la forma de las hojas que ha sido documentada informalmente (aquí, aquí y aquí) pero no ha habido estudios científicos formales que cuantifiquen estas diferencias. Además, no hay estudios que asocien genes a estas características fenotípicas, que es uno de los principales objetivos de CGRI. Nos gustaría entender las bases genéticas de las características que le dan los atributos únicos a esta planta.

2. Aún no sabemos cómo se determinan las características sexuales en Cannabis.

Aparentemente Cannabis es una planta dioica que produce flores macho (sexo heterogamético XY) y hembras (sexo homogamético XX) en plantas diferentes (9). Sin embargo, algunas plantas son monoicas, que producen flores macho y hembra en la misma planta. Los criadores y cultivadores desde hace mucho tiempo estresan a las plantas hembras usando, por ejemplo, ciclos de luz irregulares y nitrato de plata para que produzcan flores macho. Algunas plantas las producen sin necesidad de ser estresadas. Entender cómo se determina el sexo en Cannabis es una de las inquietudes más grandes de criadores y cultivadores ya que realmente no tenemos ni idea. En mi opinión, ésta es una de las oportunidades de investigación más interesantes que ofrece Cannabis. En un futuro podemos expandir nuestra investigación a áreas como la evolución de cromosomas sexuales o a antagonismo sexual.

3. ¡Ni siquiera sabemos cuantas especies de  Cannabis hay!

Hay muchas preguntas básicas sobre los orígenes y la clasificación taxonómica de este genero que son un área de controversia entre biólogos puesto que no sabemos si Cannabis está compuesto por una o por tres especies (10 -12). ¿De pronto cuatro? En CGRI nos gustaría entender, primero, cuánta variación genética hay en las especies puras de C. sativa, C. indica, y C. ruderalis y en cepas híbridas. Esto nos llevaría a entender las relaciones entre los principales linajes del género (filogenia), la propagación de Cannabis en la tierra (biogeografía) y las tasas de hibridación entre las llamadas especies. Esto nos llevaría a profundizar en áreas importantes en biología evolutiva ya que además de identificar la historia y  la relación entre linajes podemos también entender sobre flujo genético (el movimiento de genes entre poblaciones a causa de apareamiento entre individuos), especiación híbrida (donde especies diferentes se entrecruzan y forman una nueva especie) y aislamiento reproductivo (procesos donde se evita que los individuos de dos poblaciones o especies se apareen) .

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Figura 3. Árbol filogenético mostrando la relación de cuatro variedades diferentes de Cannabis, dos de ellas cepas de cáñamo (USO-31 y Finola), las otras dos, cepas comunes de marihuana que producen resina (Purple Kush y Chemdawg). Este árbol muestra una separación clara entre las cepas de cáñamo y las de marihuana. Figura tomada de van Bakel et al 2011.

4. Cannabis tiene una historia de domesticación larga compleja pero muy interesante

Cannabis ofrece una oportunidad única de estudiar una planta que ha tenido varios eventos de domesticación en épocas distintas por varias culturas. Los Chinos usaban la marihuana con propósitos médicos desde aproximadamente 2700 A.C.; los Egipcios la usaban médicamente desde 1150 A.C.; los Indios y los Griegos y Romanos la usaban para recreación y con propósito médico desde 2000 A.C. y 200 A.C. respectivamente (13, 14). Como ha ocurrido en otros organismos como lo son los perros y el arroz, Cannabis también podría tener regiones en su genoma que muestren signos de domesticación por parte de los humanos. Cannabis ruderalis no ha estado bajo una presión de selección fuerte ya que, como no produce metabolitos secundarios, ofrece un buen punto de referencia para comparaciones genómicas. Además, esperaríamos que los individuos que han sido domesticados para la producción de aceite o fibra tengan señales de selección distintas a las de  aquellos que fueron domesticados para la producción de metabolitos secundarios.

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Figura 4. Inflorescencia de una hembra con tricomas glandulares (estructuras cristalinas) donde se producen los metabolitos secundarios.

   5. Cannabis posee una gran variedad de aplicaciones médicas y económicas.

Espero haberlos convencido de que Cannabis es emocionante política y socialmente, y que  también tiene gran interés biológico. No mencioné otros aspectos bastante chéveres de la planta, como por ejemplo su potencial en el tratamiento de gran  variedad de enfermedades: la marihuana médicamente se ha usado para aliviar el dolor, en pacientes con glaucoma, esclerosis múltiple, enfermedad de Alzheimer, depresión y cáncer de mama. Otros usos prometedores incluyen la reducción de náuseas y para el  incremento o disminución del apetito, lo cual depende de la variedad usada. El cáñamo, es una variedad de marihuana con baja producción de metabolitos secundarios y de alto crecimiento, usada en la extracción aceite y producción de fibra. Los productos hechos a base de cáñamo son varios:  papel, ropa, productos de uso personal y cosmético, comestibles, materiales  para construcción, aislantes, plásticos biodegradables y biocombustible. La industria del cáñamo es definitivamente una industria en crecimiento. Esperamos en el futuro establecer relaciones entre el genoma de la marihuana, sus usos industriales en la producción de aceite y de fibra,  y con los beneficios de su empleo medicinal como fármaco, relaciones que seguramente serás de gran beneficio para las industrias médicas y del cáñamo.

Hacer click aquí para la versión en inglés.

Literatura Citada:

1.  UNODC: World Drug Report 2013 United Nations Publication, Sales No. E.11. XI.10.

2. A. T. El-Alfy, K. Ivey, K. Robinson, S. Ahmed, M. Radwan, D. Slade, I. Khan, M. ElSohly, S. Ross. Pharmacology Biochemistry and Behavior 95, 434-442 (2010).

3.  A. Kempel, M. Schaedler, T. Chrobock, M. Fischer, M. van Kleunen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 108, 5685-5689 (2011).

4.  J. P. Rosenthal, R. Dirzo. Evolutionary Ecology 11, 337-355 (1997).

5.  J. A. Beutler, A. H. Dermarderosian. Economic Botany 32, 387-394 (1978).

6.  K. W. Hillig, P. G. Mahlberg. American Journal of Botany 91, 966-975 (2004).

7.  S. Casano, G. Grassi, V. Martini, M. Michelozzi. Xxviii International Horticultural Congress on Science and Horticulture for People (Ihc2010): A New Look at Medicinal and Aromatic Plants Seminar 925, 115-121 (2011).

8.  K. W. Hillig. Biochemical Systematics and Ecology 32, 875-891 (2004).

9.  V. M. C. Moliterni, L. Cattivelli, P. Ranalli, G. Mandolino. Euphytica 140, 95-106 (2004).

10. K. W. Hillig. Genetic Resources and Crop Evolution 52, 161-180 (2005).

11. H. van Bakel, J. M. Stout, A. G. Cote, C. M. Tallon, A. G. Sharpe, T. R. Hughes, J. E. Page. Genome Biology 12,  (2011).

12. E. P. M. de Meijer, M. Bagatta, A. Carboni, P. Crucitti, V. M. C. Moliterni, P. Ranalli, G. Mandolino. Genetics 163, 335-346 (2003).

13. E. B. Russo. Chemistry & Biodiversity 4, 1614-1648 (2007).

14. H. L. Li. Economic Botany 28, 293-301 (1974).

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2 Respuestas a “Por qué todos los biólogos evolutivos deberían emocionarse por el estudio de Cannabis. Por Daniela Vergara

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